Tractography dissection variability: what happens when 42 groups dissect 14 white matter bundles on the same dataset? - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Pré-Publication, Document De Travail Année : 2020

Tractography dissection variability: what happens when 42 groups dissect 14 white matter bundles on the same dataset?

Kurt Schilling , François Rheault (1) , Laurent Petit (2) , Colin Hansen , Vishwesh Nath , Fang-Cheng Yeh , Gabriel Girard , Muhamed Barakovic , Jonathan Rafael-Patino , Thomas Yu , Elda Fischi-Gomez , Marco Pizzolato , Mario Ocampo-Pineda , Simona Schiavi , Erick Canales-Rodríguez , Alessandro Daducci , Cristina Granziera , Giorgio Innocenti , Jean-Philippe Thiran , Laura Mancini , Stephen Wastling , Sirio Cocozza , Maria Petracca , Giuseppe Pontillo , Matteo Mancini , Sjoerd B. Vos , Vejay Vakharia , John Duncan , Helena Melero , Lidia Manzanedo , Emilio Sanz-Morales , Ángel Peña-Melián , Fernando Calamante , Arnaud Attyé , Ryan Cabeen , Laura Korobova , Arthur Toga , Anupa-Ambili Vijayakumari , Drew Parker , Ragini Verma , Ahmed Radwan , Stefan Sunaert , Louise Emsell , Alberto De Luca , Alexander Leemans , Claude Bajada , Hamied Haroon , Hojjatollah Azadbakht , Maxime Chamberland , Sila Genc , Chantal Tax , Ping-Hong Yeh , Rujirutana Srikanchana , Colin Mcknight , Joseph-Yuan-Mou Yang , Jian Chen , Claire Kelly , Chun-Hung Yeh , Jerome Cochereau , Jerome Maller , Thomas Welton , Fabien Almairac , Kiran Seunarine , Chris Clark , Fan Zhang , Nikos Makris , Alexandra Golby , Yogesh Rathi , Lauren O’donnell , Yihao Xia , Dogu-Baran Aydogan , Yonggang Shi , Francisco Guerreiro-Fernandes , Mathijs Raemaekers , Shaun Warrington , Stijn Michielse , Alonso Ramírez-Manzanares , Luis Concha , Ramón Aranda , Mariano Rivera-Meraz , Garikoitz Lerma-Usabiaga , Lucas Roitman , Lucius Fekonja , Navona Calarco , Michael Joseph , Hajer Nakua , Aristotle Voineskos , Philippe Karan , Gabrielle Grenier , Jon-Haitz Legarreta , Nagesh Adluru , Veena Nair , Vivek Prabhakaran , Andrew Alexander , Koji Kamagata , Yuya Saito , Wataru Uchida , Christina Andica , Abe Masahiro , Roza Bayrak , Claudia-Gandini Wheeler-Kingshott , Egidio D’angelo , Fulvia Palesi , Giovanni Savini , Nicolò Rolandi , Pamela Guevara , Josselin Houenou , Narciso López-López , Jean-François Mangin , Cyril Poupon , Claudio Román , Andrea Vázquez , Chiara Maffei , Mavilde Arantes , José-Paulo Andrade , Susana-Maria Silva , Rajikha Raja , Vince Calhoun , Eduardo Caverzasi , Simone Sacco , Michael Lauricella , Franco Pestilli , Daniel Bullock , Yang Zhan , Edith Brignoni-Perez , Catherine Lebel , Jess Reynolds , Igor Nestrasil , René Labounek , Christophe Lenglet , Amy Paulson , Stefania Aulicka , Sarah Heilbronner , Katja Heuer , Adam Anderson , Bennett Landman , Maxime Descoteaux (1)
Kurt Schilling
  • Fonction : Auteur
Laurent Petit
Colin Hansen
  • Fonction : Auteur
Vishwesh Nath
  • Fonction : Auteur
Fang-Cheng Yeh
  • Fonction : Auteur
Gabriel Girard
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 771524
  • IdRef : 193861070
Muhamed Barakovic
  • Fonction : Auteur
Jonathan Rafael-Patino
  • Fonction : Auteur
Thomas Yu
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Elda Fischi-Gomez
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Marco Pizzolato
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Mario Ocampo-Pineda
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Simona Schiavi
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Erick Canales-Rodríguez
  • Fonction : Auteur
Alessandro Daducci
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Cristina Granziera
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Giorgio Innocenti
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Jean-Philippe Thiran
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Laura Mancini
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Stephen Wastling
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Sirio Cocozza
Maria Petracca
Giuseppe Pontillo
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Matteo Mancini
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Sjoerd B. Vos
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Vejay Vakharia
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John Duncan
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Helena Melero
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Lidia Manzanedo
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Emilio Sanz-Morales
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Ángel Peña-Melián
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Fernando Calamante
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Arnaud Attyé
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Ryan Cabeen
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Laura Korobova
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Arthur Toga
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Anupa-Ambili Vijayakumari
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Drew Parker
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Ragini Verma
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Ahmed Radwan
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Stefan Sunaert
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Louise Emsell
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Alberto De Luca
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Alexander Leemans
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Claude Bajada
Hamied Haroon
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Hojjatollah Azadbakht
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Maxime Chamberland
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Sila Genc
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Chantal Tax
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Ping-Hong Yeh
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Rujirutana Srikanchana
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Colin Mcknight
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Joseph-Yuan-Mou Yang
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Jian Chen
Claire Kelly
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Chun-Hung Yeh
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Jerome Cochereau
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Jerome Maller
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Thomas Welton
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Fabien Almairac
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Kiran Seunarine
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Chris Clark
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Fan Zhang
Nikos Makris
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Alexandra Golby
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Yogesh Rathi
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Lauren O’donnell
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Yihao Xia
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Dogu-Baran Aydogan
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Yonggang Shi
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Francisco Guerreiro-Fernandes
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Mathijs Raemaekers
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Shaun Warrington
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Stijn Michielse
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Alonso Ramírez-Manzanares
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Luis Concha
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Ramón Aranda
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Mariano Rivera-Meraz
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Garikoitz Lerma-Usabiaga
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Lucas Roitman
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Lucius Fekonja
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Navona Calarco
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Michael Joseph
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Hajer Nakua
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Aristotle Voineskos
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Philippe Karan
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Gabrielle Grenier
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Jon-Haitz Legarreta
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Nagesh Adluru
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Veena Nair
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Vivek Prabhakaran
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Andrew Alexander
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Koji Kamagata
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Yuya Saito
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Wataru Uchida
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Christina Andica
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Abe Masahiro
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Roza Bayrak
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Egidio D’angelo
  • Fonction : Auteur
Fulvia Palesi
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Giovanni Savini
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Nicolò Rolandi
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Pamela Guevara
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Josselin Houenou
Narciso López-López
  • Fonction : Auteur
Jean-François Mangin
  • Fonction : Auteur
Cyril Poupon
  • Fonction : Auteur
Claudio Román
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Andrea Vázquez
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Chiara Maffei
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Mavilde Arantes
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José-Paulo Andrade
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Susana-Maria Silva
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Rajikha Raja
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Vince Calhoun
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Eduardo Caverzasi
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Simone Sacco
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Michael Lauricella
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Franco Pestilli
Daniel Bullock
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Yang Zhan
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Edith Brignoni-Perez
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Catherine Lebel
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Jess Reynolds
  • Fonction : Auteur
Igor Nestrasil
  • Fonction : Auteur
René Labounek
  • Fonction : Auteur
Christophe Lenglet
  • Fonction : Auteur
Amy Paulson
  • Fonction : Auteur
Stefania Aulicka
  • Fonction : Auteur
Sarah Heilbronner
  • Fonction : Auteur
Katja Heuer
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1076007
  • IdHAL : katja-heuer
Adam Anderson
  • Fonction : Auteur
Bennett Landman

Résumé

White matter bundle segmentation using diffusion MRI fiber tractography has become the method of choice to identify white matter fiber pathways in vivo in human brains. However, like other analyses of complex data, there is considerable variability in segmentation protocols and techniques. This can result in different reconstructions of the same intended white matter pathways, which directly affects tractography results, quantification, and interpretation. In this study, we aim to evaluate and quantify the variability that arises from different protocols for bundle segmentation. Through an open call to users of fiber tractography, including anatomists, clinicians, and algorithm developers, 42 independent teams were given processed sets of human wholebrain streamlines and asked to segment 14 white matter fascicles on six subjects. In total, we received 57 different bundle segmentation protocols, which enabled detailed volume-based and streamline-based analyses of agreement and disagreement among protocols for each fiber pathway. Results show that even when given the exact same sets of underlying streamlines, the variability across protocols for bundle segmentation is greater than all other sources of variability in the virtual dissection process, including variability within protocols and variability across subjects. In order to foster the use of tractography bundle dissection in routine clinical settings, and as a fundamental analytical tool, future endeavors must aim to resolve and reduce this heterogeneity. Although external validation is needed to verify the anatomical accuracy of bundle dissections, reducing heterogeneity is a step towards reproducible research and may be achieved through the use of standard nomenclature and definitions of white matter bundles and well-chosen constraints and decisions in the dissection process.
White matter bundle segmentation using diffusion MRI fiber tractography has become the method of choice to identify white matter fiber pathways in vivo in human brains. However, like other analyses of complex data, there is considerable variability in segmentation protocols and techniques. This can result in different reconstructions of the same intended white matter pathways, which directly affects tractography results, quantification, and interpretation. In this study, we aim to evaluate and quantify the variability that arises from different protocols for bundle segmentation. Through an open call to users of fiber tractography, including anatomists, clinicians, and algorithm developers, 42 independent teams were given processed sets of human wholebrain streamlines and asked to segment 14 white matter fascicles on six subjects. In total, we received 57 different bundle segmentation protocols, which enabled detailed volume-based and streamline-based analyses of agreement and disagreement among protocols for each fiber pathway. Results show that even when given the exact same sets of underlying streamlines, the variability across protocols for bundle segmentation is greater than all other sources of variability in the virtual dissection process, including variability within protocols and variability across subjects. In order to foster the use of tractography bundle dissection in routine clinical settings, and as a fundamental analytical tool, future endeavors must aim to resolve and reduce this heterogeneity. Although external validation is needed to verify the anatomical accuracy of bundle dissections, reducing heterogeneity is a step towards reproducible research and may be achieved through the use of standard nomenclature and definitions of white matter bundles and well-chosen constraints and decisions in the dissection process.

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hal-03004841 , version 1 (13-11-2020)

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Citer

Kurt Schilling, François Rheault, Laurent Petit, Colin Hansen, Vishwesh Nath, et al.. Tractography dissection variability: what happens when 42 groups dissect 14 white matter bundles on the same dataset?. 2020. ⟨hal-03004841⟩
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